Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ANTEN VI DẢI BĂNG RỘNG

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ANTEN VI DẢI BĂNG RỘNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trong đồ án này, kết quả thu được qua việc mô phỏng anten vi dải bằng phần

mềm CST như: các tham số S, giản đồ bức xạ... dùng để phân tích, đánh giá hiệu

quả của anten thiết kế .

3.2



Mục tiêu thiết kế

Thiết kế anten vi dải cải tần số cộng hưởng 5,25 GHz ứng dụng cho mạng



wifi cụ thể là hệ thống mạng cục bộ WLAN, cải thiện băng thông cho anten vi dải

bằng phương pháp sử dụng cấu trúc DGS kết hợp tăng độ dày chất nền. Băng thông

được cải thiện đáng kể sau khi áp dụng phương pháp cải thiện băng thông.

3.3



Cấu trúc thiết kế

Thiết kế anten vi dải hình chữ nhật bằng đồng, tần số cộng hưởng tại 5,25



GHz cấp nguồn vi dải, phân cực tuyến tính, áp dụng cấu trúc DGS để cải thiện băng

thông của anten.

Các thông số đầu vào được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2 Các thông số đầu vào của anten vi dải



3.4



Tần số hoạt động



5,25 GHz



Hằng số điện môi lớp nền



4,4 (FR4)



Độ dày lớp điện môi



1,6 mm



Phương thức cấp nguồn



Đường truyền vi dải



Phối hợp trở kháng



Inset feed line



Phân cực



Tuyến tính



Tính tốn thiết kế

Từ các thông số trên ta sử dụng các công thức đã trình bày ở chương 2 và



công cụ Matlab để tính tốn các thơng số khác của anten, các thơng số (tính theo

mm) sau khi được tính tốn và làm tròn được thể hiện trong bảng sau, chọn bề dày

mặt phẳng đất và patch là 0,035mm.

Bảng 3 Các thông số thiết kế anten vi dải



Chiều rộng patch (Wp)



17,39 mm



Chiều dài patch (Lp)



13,07 mm



Chiều rộng mặt phẳng đất (Wg)



26,99 mm



Chiều dài mặt phẳng đất (Lg)



22,67 mm



Độ rộng đường tiếp điện (Wf)



2,98 mm



Khoảng cách điểm tiếp điện ăn sâu vào patch (y0)



4,88 mm



Khoảng cách đường tiếp điện với patch (Gpf)



0,096 mm



 Mô phỏng anten vi dải đơn bằng CST

Sử dụng phần mềm CST mơ phỏng anten vừa tính tốn được, mặt trước

anten được thể hiện như hình bên dưới.



Hình 3. 2 Hình dạng anten vi dải hình chữ nhật tiếp điện bằng đường vi dải

cắt sâu

Hình bên dưới mô tả hình dạng của anten cơ bản khi chưa áp dụng cải thiện

băng thông bằng tăng độ dày chất nền kết hợp cấu trúc DGS:



Hình 3. 3 Cấu trúc 3D anten vi dải ban đầu

Tăng băng thông cho anten vi dải ta sử dụng đồng thời phương pháp tăng độ

dày chất nền và cấu trúc DGS, độ cao chất nên tăng lên độ cao h=2,6 mm, khi đó để

phối hợp trở kháng 50 Ohm thì độ rộng đường feed sẽ bằng wf=5,15 mm, cấu trúc

DGS có dạng hình chữ H với kích thước được cho như bảng sau:

Bảng 4: Thơng số kích thước của cấu trúc DGS

A1 (mm)



A2 (mm)



A3 (mm)



A4 (mm)



Ad (mm)



6



1,15



2,48



1,5



3,4



Hình dạng 3D của anten khi kết hợp cấu trúc DGS hình chữ H với cấu trúc DGS

cho như hình:



Hình 3. 4 Anten vi dải sau khi kết hợp cấu trúc DGS dạng 3D và mặt sau

anten



3.5



Kết quả mô phỏng

Kết quả mơ phỏng tần số cộng hưởng có sự chênh lệch so với tính tốn lý



thuyết do phương pháp tính toán lý thuyết bỏ qua các suy hao trên đường truyền.



Hình 3. 5 Tần số cộng hưởng tính theo lý thuyết bị lệch

Tinh chỉnh lại các thơng số để có được tần số cộng hưởng 5,25 GHz; với các

thông số được đặt lại là: Wp = 17,36 mm; Lp = 13,06 mm; y0 = 4,78 mm, Wf =

3,08 mm, Gpf = 0,9 mm.



S11



Hình 3. 6 Thông số S11 của anten vi dải với f= 5,25 GHz

Tại tần só 5.25 GHz, hệ số phản xạ S 11 đạt giá trị -14,748 dB, việc phối hợp

trở kháng của anten là khá tốt ở tần số đó.

Băng thơng cuả anten ten tần số cộng hưởng 5,25 GHz tại S11 = -10 dB là:

5,3074-5,1869 = 0,1205(GHz) = 120,5 (MHz).



Hình 3. 7 Bức xạ 3D và 2D của anten ban đầu

 Theo giản đồ 3D:

-



Hiệu suất bức xạ (dB): -1,651



-



Hiệu suất bức xạ tổng (dB): -1,870



-



Độ lợi (dB): 4,356



 Theo giản đồ cực:

-



Cường độ búp sóng chính (dBi): 5,98



-



Hướng búp chính: 10



-



HPBW: 96,7



Hình 3. 8 Tham số VSWR của anten vi dải



Tỉ số sóng đứng VSWR đạt giá trị thấp nhất 1,447 tại tần số 5,25 GHz cho

thấy tỉ số VSWR là chấp nhận được và phối hợp trở kháng tại tần số này là tốt nhất.

Anten sau khi kết hợp cấu trúc DGS và nâng độ dày chất nền thu được các

kết quả sau:



: h=2,2 mm

: h=2,6 mm



Hình 3. 9 Anten với độ dày chất nền thay đổi h=2,2 mm và h=2,6mm

Có thể thấy anten được nâng độ dày chất nền cho hiệu quả băng thông và

tham số S11 tốt hơn nhưng giá trị tần số cộng hưởng lại giảm khá nhiều ảnh hưởng

đến hoạt động của anten, đồ án khảo sát anten với độ dày chất nền không đổi và cấu

trúc DGS thay đổi:



Hình 3. 10 Anten với DGS ở dưới giữ nguyên độ dày h



Hình 3. 11 Anten với DGS ở bên trái patch và giữ nguyên độ dày h

Có thể thấy rằng việc sử dụng cấu trúc DGS giúp cải thiện băng thơng và tần

số cộng hưởng của anten khơng có sự chênh lệch nhiều, đó đó đồ án kết hợp

phương pháp tăng độ dày chất nền và sử dụng cấu trúc DGS để đạt được băng thông

hiệu quả hơn.

Kết quả mô phỏng của anten vi dải sau khi cải thiện băng thông sử dụng tăng

độ dày chất nền kết hợp cấu trúc DGS được thể hiện như sau:



Hình 3. 12 Tham số S11 của anten vi dải sau cải thiện băng thông

Tại tần số 5,2009 GHz, hệ số phản xạ S 11 đạt giá trị -44,743 dB, việc phối

hợp trở kháng của anten là khá tốt ở tần số đó.

Băng thông cuả anten ten tần số cộng hưởng 5.2009 GHz tại S11 = -10 db là:

5,3104-5,093 = 0,2174 (GHz) = 217,4(MHz).



Hình 3. 13 Đồ thị bức xạ và hiệu suất của anten vi dải dạng 3D và trong mặt

phẳng E sau khi cải thiện băng thông

 Theo giản đồ 3D:

-



Hiệu suất bức xạ (dB): -2,685



-



Hiệu suất bức xạ tổng (dB): -2,828



-



Độ lợi (dB): 3,272



 Theo giản đồ cực:

-



Cường độ búp sóng chính (dBi): 5,95



-



Hướng búp chính: 14



-



HPBW: 91



Hình 3. 14 Tham số VSWR của anten vi dải sau khi cải thiện băng thơng



Tỉ số sóng đứng VSWR đạt giá trị thấp nhất 1,020 tại tần số 5,25 GHz cho

thấy tỉ số VSWR là chấp nhận được và phối hợp trở kháng tại tần số này là tốt nhất.

3.6



Đánh giá

Từ các kết quả trên đồ án đã tổng kết lại bảng đánh giá các thông số của



anten vi dải ban đầu và anten sau khi được cải thiện băng thông như sau:

Bảng 5 So sánh các thông số của anten vi dải ban đầu và anten cải thiện

băng thông

Các thông số



Anten ban đầu



Anten sau khi cải thiện



Băng thông -10dB (MHz)



120,5



217,4



S11 (dB)



-14,748



-44,743



VSWR



1,447



1,020



Độ định hướng (dBi)



5,98



5,95



Độ lợi (dB)



4,356



3,272



Các thơng số ta có thể thấy được cải thiện đáng kể, đặc biệt là băng thông,

cải thiện gấp 1,804 lần. Khoảng mở băng thông từ 5,1869 - 5,3074GHz đến 5,093

-5,3104 GHz.

3.7



Kết luận chương

Trong chương này, đã tính tốn các thơng số kích thước anten, mơ phỏng một



anten vi dải hoạt động ở dải tần 5,25 GHz bằng phần mềm CST. Các kết quả phù

hợp với lý thuyết, việc sử dụng phương pháp kết hợp DGS trên mặt phẳng đất và

tăng độ dày chất đem lại hiệu quả tốt, băng thông được cải thiện đáng kể, đạt được

yêu cầu đặt ra.



KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

 Kết luận



Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án với sự giúp đỡ tận tình của cơ

giáo Hồng Thị Phương Thảo, đồ án được hồn thành đúng thời gian quy định và đã

tìm hiểu tổng quan về anten vi dải đặc biệt là anten vi dải chữ nhật được sử dụng để

thiết kế, khảo sát được ưu nhược điểm của anten vi dải và các phương pháp mở

rộng băng thông của anten vi dải, đưa ra phương pháp thiết kế anten vi dải. Đồng

thời đồ án này đã thực hiện việc thiết kế và mô phỏng anten vi dải hình chữ nhật kết

hợp cấu trúc DGS bằng phần mềm CST, đưa ra kết quả mô phỏng của anten hoạt

động ở tần số cộng hưởng 5,25 GHz, so sánh đánh giá hiệu quả trước và sau khi kết

hợp cấu trúc DGS.

Tuy nhiên, do sự hạn chế về mặt thời gian nên đề tài còn một số điểm yếu

cần được khắc phục. Băng thơng vẫn còn hạn chế, độ lợi chưa cao. Để anten có thể

ứng dụng vào thực tế cần có nhiều nghiên cứu, cải thiện sâu hơn về kích thước, độ

lợi và các ứng dụng cụ thể.

 Hướng phát triển của đề tài

Để hoàn thiện những hạn chế trên, hướng phát triển của đề tài tập trung vào

việc nghiên cứu:

-



Kết hợp cấu trúc DGS với từng thành phần của anten



-



Sử dụng cấu trúc DGS để mở rộng thêm tần s ố hoạt động của



anten

-



Kết hợp thiết kế anten mảng với cấu trúc DGS



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ANTEN VI DẢI BĂNG RỘNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×